真空計(jì)的基礎(chǔ)知識
真空是一種不存在任何物質(zhì)的空間狀態(tài),是一種物理現(xiàn)象。在“真空”中,聲音因?yàn)闆]有介質(zhì)而無法傳遞,但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實(shí)上,在真空技術(shù)里,真空系針對大氣而言,一特定空間內(nèi)部之部份物質(zhì)被排出,使其壓強(qiáng)小于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,則我們通稱此空間為真空或真空狀態(tài)。1真空常用帕斯卡(Pascal)或托爾(Torr)做為壓力的單位。目前在自然環(huán)境里,只有外太空堪稱最接近真空的空間。真空計(jì)(Vacuum Gauge),又稱規(guī),是測量真空度或氣壓的儀器。一般是利用不同氣壓下氣體的某種物理效應(yīng)的變化進(jìn)行氣壓的測量。在科研和工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。
真空計(jì)是按照真空計(jì)測量原理所利用的不同的物理機(jī)制,可將主要的真空計(jì)分為三大類,分別是利用力學(xué)性能、利用氣體動力學(xué)效應(yīng)和利用帶電粒子效應(yīng)的真空計(jì)。利用力學(xué)性能的真空計(jì)典型的有波爾登規(guī)(Bourdon)和薄膜電容規(guī);利用氣體動力學(xué)效應(yīng)的典型真空計(jì)有皮拉尼(Pirani)電阻規(guī)和熱電偶規(guī);利用帶電粒子效應(yīng)的典型真空計(jì)有熱陰極電離規(guī)和冷陰極電離規(guī)。
按真空度刻度方法分類
?。?)絕對真空計(jì):直接讀取氣體壓力,其壓力響應(yīng)(刻度)可通過自身幾何尺寸計(jì)算出來或由測力確定。絕對真空計(jì)對所有氣體都是準(zhǔn)確的且與氣體種類無關(guān),屬于絕對真空計(jì)的有U型鎊壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)和熱輻射真空計(jì)等。
?。?)相對真空計(jì):由一些氣體壓力有函數(shù)關(guān)系的量來確定壓力,不能通過簡單的計(jì)算進(jìn)刻度,必須進(jìn)行校準(zhǔn)才能刻度。相對真空計(jì)一般由作為傳感器的真空計(jì)規(guī)管(或規(guī)頭)和用于控制、指示的測量器組成。讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。相對真空計(jì)的種類很多,如熱傳導(dǎo)真空計(jì)和電離真空計(jì)等。
按真空計(jì)測量原理分類
直接測量真空計(jì)
這種真空計(jì)直接測量單位面積上的力,有:
?。?)靜態(tài)液位真空計(jì):利用U型管兩端液面差來測量壓力。
?。?)彈性元件真空計(jì):利用與真空相連的容器表面受到壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形來測量壓力值的大小。
間接測量真空計(jì)
壓力為10-1Pa時,作用在1cm2表面上力只有10-5N,顯然測量這樣小的力是困難的。但可根據(jù)低壓下與氣體壓力有關(guān)的物理量的變化來間接測量壓力的變化。屬于這類的真空計(jì)有:
?。?)壓縮式真空計(jì):其原理是在U型管的基礎(chǔ)上再應(yīng)用波義耳定律,即將一定量待測壓力的氣體,經(jīng)過等溫壓縮使之壓力增加,以便用U型管真空計(jì)測量,然后用體積和壓力的關(guān)系計(jì)算被測壓力。
?。?)熱傳導(dǎo)真空計(jì):利用低壓下氣體熱傳導(dǎo)與壓力有關(guān)這一原理制成。常用的有電阻真空計(jì)和熱偶真空計(jì)。
(3)熱輻射真空計(jì):利用低壓下氣體熱輻射與壓力有關(guān)原理。
?。?)電離真空計(jì):利用低壓下氣體分子被荷能粒子碰撞電離,產(chǎn)生的離子流隨電力變化的原理。如:熱陰極電離真空計(jì)、冷陰極電離真空計(jì)和放射性電離真空計(jì)等。
?。?)放電管指示器:利用氣體放電情況和放電顏色與壓力有關(guān)的性質(zhì)判定真空度,一般僅能作為定性測量。
(6)粘滯真空計(jì):利用低壓下氣體與容器壁的動量交換即外摩擦原理。如振膜式真空計(jì)和磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)。
?。?)場致顯微儀:以吸附和解吸時間與壓力關(guān)系計(jì)算壓力。
(8)分壓力真空計(jì):利用質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行混合氣體分壓力測量。常用的有四極質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)和射頻質(zhì)譜
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